CN103971414A - 一种可视化真三维图的制作方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于立体图像形成领域，提供了一种可视化真三维图的制作方法，包括：A、利用截图软件截取具有信息化的底图；B、将截取的底图利用MAPGISK9软件进行二维矢量底图制作；C、利用MAPGISK9与3DMAX软件进行模型制作；D、将3MAPGISK9与3DMAX制作的各个模型进行融合；E、将融合的模型进行路径漫游生成可视化真三维图。通过稻歌截获器获得GOOGLEMAP的二维信息以及地形信息，使用MAPGISK9软件建立基础三维场景，并完成与3DMAX软件制作的模型相融合，最后实现了真三维可视化场景漫游，降低了三维几何获取工作量，降低了建模费用，提高工作效率，场景的效果好。

Description

一种可视化真三维图的制作方法及系统

技术领域

本发明属于立体图像制作领域，尤其涉及一种可视化真三维图的制作方法及系统。

背景技术

真三维(True3D Volumetric Display Technique)是一种立体显示技术，也是计算机立体视觉系统中最新的研究方向。基于这种显示技术，可以直接观察到具有物理景深的三维图像。真三维模型由于与现实环境几乎一致，能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，用户可以在真三维场景中任意漫游。2003年吴立新和史文中等教授对GIS空间维数进行了进一步的阐释，认为真3DGIS是将3D空间坐标(X，Y，Z)作为独立参数来进行空间实体对象的几何建模，它所建立的模型不仅可以实现真3D可视化，还可以进行3D空间分析。由此可见，真三维GIS比起以往的2D、2.5D更加具有真实性，能够从各个方位对物体进行观察。同时，真三维GIS也具备普通GIS的采集、储存、管理、分析和显示空间与非空间数据的功能。

虚拟校园建设近几年得到广泛的重视与发展，尤其是随着GIS的发展，人们不再仅仅满足于视觉上的“可视化”需求，更希望能够在可视化的前提下进行空间位置分析等。目前许多高校相继建立了基于GI S的虚拟校园系统。与二维GIS相比，三维GIS以立体造型技术给用户展现地理空间现象，更具有现实的逼真效果。结合GIS的空间分析技术，通过人机交互，可实现三维场景浏览、属性查询、路径分析等功能，在更大程度上满足用户的各种需求。

目前三维场景的制作有几种趋势，一种是用ARCGIS结合SketchUP建模，基于WGS1984坐标系，采用全站仪+RTK测量获得CASS CAD格式的校园平面图和地表高程点数据，同时采用悬高测量法采集获得建筑物顶面高程数据。采用全站仪进行数字化测图虽然可以得到建筑物的平面数据，但该方法既费时同时工作量又很大。并且，ARCGIS作为国外软件虽然在行业内久负盛名，但价格比功能差不多的国内软件MAPGIS K9要贵很多。第二种，在地面使用车载激光扫描系统与GPS通过测距求算建筑的外形和地理数据。优点是获取信息速度较快，且所获取的几何信息相当精确，缺点是工作量相当大(因为每一个地理坐标都需要用GPS测量)，同时租用车载激光扫描系统以及后期的处理费用昂贵。第三种，以校园规划图为蓝本，用AutoCAD软件将校园平面图绘制出来，将平面图导入3DMAX软件中，然后绘制等比例的3D模型。这种方法所建立的三维校园地图不能称之为真三维GIS的校园，因为3DMAX软件平台不具备空间信息的分析和查询功能。

发明内容

本发明提供一种可视化真三维图的制作方法，旨在解决现有的三种制作真三维图缺陷的问题。

本发明是这样实现的，一种可视化真三维图的制作方法，所述方法包括以下步骤：

A、利用截图软件截取具有信息化的底图；

B、将截取的底图利用MAPGIS K9软件进行二维矢量底图制作；

C、利用MAPGIS K9与3DMAX软件进行模型制作；

D、将3MAPGIS K9与3DMAX制作的各个模型进行融合；

E、将融合的模型进行路径漫游生成可视化真三维图。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤A包括以下步骤：

A1、利用截图软件截取具有经纬度信息的GOOOGLE地图及高程信息的地形图；

A2、用GPS测量测出几个典型坐标点对地图进行栅格数据校正。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤C包括以下步骤：

C1、利用MAPGIS K9软件进行真三维图的材质制作；

C2、利用MAPGIS K9软件进行真三维图地物模型制作；

C3、利用3DMAX软件进行真三维图的其余模型制作。

本发明的进一步技术方案是：所述截图软件采用的是稻歌Goog le Map截获器工具软件。

本发明的进一步技术方案是：所述典型坐标点为四个。

本发明的另一目的在于提供一种可视化真三维图的制作系统，该制作系统包括：

底图截取模块，用于利用截图软件截取具有信息化的底图；

矢量化处理模块，用于将截取的底图利用MAPGIS K9软件进行二维矢量底图制作；

模型制作模块，用于利用MAPGIS K9与3DMAX软件进行模型制作；

模型融合模块，用于将3MAPGIS K9与3DMAX制作的各个模型进行融合；

视图生成模块，用于将融合的模型进行路径漫游生成可视化真三维图。

本发明的进一步技术方案是：所述底图截取模块包括：

截取单元，用于利用截图软件截取具有经纬度信息的GOOOGLE地图及高程信息的地形图；

校正单元，用于用GPS测量测出几个典型坐标点对地图进行栅格数据校正。

本发明的进一步技术方案是：所述模型制作模块包括：

材质制作单元，用于利用MAPGIS K9软件进行真三维图的材质制作；

地物模型制作单元，用于利用MAPGIS K9软件进行真三维图地物模型制作；

其他模型制作单元，用于利用3DMAX软件进行真三维图的其余模型制作。

本发明的进一步技术方案是：所述截图软件采用的是稻歌Google Map截获器工具软件。

本发明的进一步技术方案是：所述典型坐标点为四个。

本发明的有益效果是：通过稻歌截获器获得GOOGLE MAP的二维信息以及地形信息，使用MAPGIS K9软件建立基础三维场景，并完成与3DMAX软件制作的模型相融合，最后实现了真三维可视化场景漫游，降低了三维几何获取工作量，降低了建模费用，提高工作效率，场景的效果好。

附图说明

图1是本发明实施例提供的可视化真三维图的制作方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的线图层属性表；

图3是本发明实施例提供的线图层示意图；

图4是本发明实施例提供的区图层属性表；

图5是本发明实施例提供的区图层示意图；

图6是本发明实施例提供的DEM表面的树木示意图；

图7是本发明实施例提供的地表面的树木示意图；

图8是本发明实施例提供的图6与图7的属性对比表；

图9是本发明实施例提供的3DMAX建筑物与MAPGIS K9融合效果图。

具体实施方式

在本申请中首先对所用到的软件做相应的介绍：

1)MAPGIS K9软件

MapGIS K9基于中地数码集团研发的新一代GIS架构技术和开发模式，集新一代面向网络超大型分布式地理信息系统基础软件平台和数据中心集成开发平台为一体。MapGIS K9是国家863计划重点攻关成果，在核心技术上取多项重大突破。

其三维城市景观建模工具综合利用GIS技术、虚拟现实技术构造出基地上地下一体化的现实世界真三维场景。具有多种实物景观建模功能，支持通用三维模型导入，浏览海量数据清晰流畅，擅长于对三维场景模型做GIS管理与专业分析应用，方便的场景漫游，且具备完善的二次开发支持功能。

2)3DMAX软件

3D Studio Max，常简称为3ds Max或MAX，是Discreet公司开发的三维动画渲染和制作软件。3D Studio Max广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。3DMAX软件应用原因：

(1)3DMAX软件建造的建筑更加细腻且可以建立不规则的物体，如石碑、凳子、路灯等；

(2)MAPGIS与3DMAX两者结合建造出的建筑更加贴近现实的建筑。如：MAPGIS K9无法建立弧形屋顶(体育馆需要3DMAX软件建立，再与MAPGISK9主体模型融合)；

(3)建立建筑更加方便，而MAPGIS相对要更加繁琐。

3DMAX软件的缺点是建筑物没有坐标，因此，需要将3DMAX软件导入到MAPGIS K9做好的三维电子地图中去使建筑物有坐标。

3)稻歌软件介绍

稻歌Google Map截获器是目前国内最简便易用，专业的Google Map下载截图免费工具软件，可截获Google Map卫星影像、地图、地形图，海量下载，大幅面拼图，赋予精确的Google Map投影坐标。

图1示出了本发明提供的可视化真三维图的制作方法的流程图，其详述如下：

在步骤S1中，利用截图软件截取具有经纬度信息的GOOOGLE地图及高程信息的地形图；把“稻歌Google Map截获器”下载的影像导入到数据库中，影像是红色的，建筑的纹理也不清晰。所以需要在“遥感处理系统”中进行处理，选择“色彩设置”，重新配置“R、G、B波段”改变影像的颜色。

在步骤S2中，用GPS测量测出几个典型坐标点对地图进行栅格数据校正。通过“稻歌Google Map截获器”下载的底图是有经纬度的。通过稻歌Google Map所截取的图的坐标与Goog l e Map的坐标精度完全一致，因此，其精度完全取决于Google Map的精度。因为Google Map存在坐标加密与偏移的情况，稻歌Google Map同样也会有坐标偏移和少许偏差，这种偏差基本上在500M左右，所以，对“底图”进行栅格矫正。

在步骤S3中，将截取的底图利用MAPGIS K9软件进行二维矢量底图制作。

MAPGIS中的图层是用户按照一定的需要或标准把某系相关的物体组合在一起构成一个图层等，如地理图中水系构成一个图层，铁路构成一个图层等。

对地图进行分层，有助于图形编辑，当对地图编辑时可以调入相关的图层，锁定某些无关图层，这样进入工作区的图层数据就可以大大减少，从而提高屏幕显示速度，增强屏幕视觉效果，清楚地显示所需要部分，避免了无关图形干扰编辑者视线。如区分地理要素和地址要素就是如此，一条线状要素是表示等高线，还是表示地质界线，是不好判断的，或者容易出错，如果分成不同的图层，问题就变简单了，编制地质界线时，通过改层开关，打开地质界线，关闭等高线图层，将地质界线图层导入工作区，就可以免于等高线干扰；如图2、3所示。

在三维建筑平台中，公路、人行道、树木、围墙都是通过“线文件”建立的，所以将其放在线图层中；而建筑物、人工湖以及田径场放在线图层当中，是因为可以通过“线转弧造区”建立区图层，如图4、5所示。在步骤S4中，利用MAPGIS K9软件进行真三维图的材质制作。对学校各个建筑进行拍摄，收集材质。主要通过PS软件进行图片剪切、旋转、修改，最终达到真实的地物效果。如创建透明材质，围栏的最终显示效果是需要镂空的，并且要求在不同的角度显示都是镂空的。如何将一张二维照片的材质显示成为三维镂空的效果是我们探讨的问题。获取一张围栏的样图，然后使用PHOTOSHOP软件提取出图片中要做材质的内容。去掉图中间白色的背景，只保留围栏的轮廓样式。在输出图片的时将图片保存成PNG格式，这样能是的去掉白色的背景。如果保存成JPEG或者其他常见图片格式，背景将会被填充成白色。在三维景观平台中编辑材质，新建纹理，设置材质参数的“alpha检测”信息，【检测函数】：大于等于通过。【参照值】：100。保存后，此材质即为透明材质。

在步骤S5中，利用MAPGIS K9软件进行真三维图地物模型制作。教学楼、游泳池、宿舍区、南门饭堂、人工湖、荔枝林、道路、大运广场、第一工业中心、第二工业中心、第三工业中心、足球场等建筑物使校园景观的主体和基本组成部分，其景观模型具有标志性视觉作用，而且建筑物外形较为规则，采用MAPGIS K9建模效果真实详细。

本研究基于Google MAP所具有的投影编号为EPSG：3785的投影，这种投影类似于Web Mecator投影坐标系。它与常规墨卡托投影的主要区别就是把地球模拟为球体而非椭球体，

是等角投影。首先把通过Google Earth获取的校园底图进行矢量化，完成矢量化后新建一个线图层，在矢量化后的底图中画出建筑物的外形，再通过“线转弧段转区”转换成区图层并设置图层的高程属性以及名称。然后打开MAPGIS K9三维平台软件，选择关联二维数据库，并新建一个三维数据库。接着选择景观建模工具，打开建筑图层，选择顶面高程属性作为拉伸字段，实现建筑物三维自动建模。为满足视觉上的需要，使用创建纹理建筑工具，在模型表面附加将经过预处理纹理，完成标志性建筑物精细建模。

在步骤S6中，利用3DMAX软件进行真三维图的其余模型制作。校园内一些不规则地物，如路灯、凳子、石碑、雕塑、带弧顶的建筑、健身器材等采用3DMAX建模。这些精细的不规则的仿真模型可大大丰富校园场景的可视化渲染效果，增强真三维可视化校园的真实性和层次感，但同时也会加大后期系统集成显示的运算量。在MAPGIS K9中可以导入3DStudio MAX(*.3ds)格式的外部三维模型，但值得注意的是三维模型的方向、大小和实际地物可能不符，加载后需要对他们进行调整。

以羽毛球馆为例，其顶和正面为弧状，无法用MAPGIS K9建模，只能用3DMAX建模，再将模型导入MAPGIS K9三维平台。

为了体现真三维虚拟校园的真实客观性，增强空间分析的可利用性，必须将三维的校园景观地物叠加咋高程模型(DEM)基础上。

本研究利用稻歌截获器截取的GOOGLE EARTH地形图的等高线高程数据Hi，所测得的平均荔枝树高度Li，得到山坡等高线的高程数据Zi＝Hi-Li，由于同一等高线在理论上是一致的，可以用一个高程值来表示，Z值如式：再通过“离散数据网格化”，获得山坡的DEM。基于DEM表面建立树木，如图6、7所示；通过两幅图片的对比可以得知属性对比，如图8所示。

所以在DEM表面建立树木时，要针对不同等高线上的树木建立不同的“线图层”，然后赋予每个图层不同的高程值，同时树木的差值距离也要有所改变。

在步骤S7中，将3MAPGIS K9与3DMAX制作的各个模型进行融合。建筑模型融合。MAPGIS建立三维建筑相对简单，但是有许多限制，比如教学楼前面的遮雨板，表面有镂空的设计，使用MAPGIS无法建立出来，所以这一部分需要使用3DMAX来建立。如果整栋建筑都使用3DMAX软件建立，过程相对复杂。所以，最终使用这两种软件相结合来建立“教学楼”这栋建筑。关键步骤是键盘定位。打开MAPGIS K9中的“键盘定位”，添加3DMAX文件，并将查询到的经纬度坐标输入进去，设好缩放比，从而让两种模型的建筑物有相同的尺度与坐标，进而进行融合。教学楼的主体建筑由MAPGIS软件建模，因为建筑结构比较简单；其中由3DMAX软件建模，这一部分建筑结构比较复杂，中间有镂空和圆柱设计。场景融合，将用MAPGIS K9三维平台制作可视化校园的主体，包括各类建筑模型、三维地形、湖泊、树林等，再将3DMAX制作的不规则形状模型融合到MAPGIS K9三维平台制作可视化校园的主体中去，可以充分发挥两种软件的优势，从而使真三维可视化校园跟逼真更细腻。融合的关键在于根据MAPGIS K9三维模型确定好3DMAX模型的正确尺寸，准确定位需融合处的地理坐标，从而使3DMAX模型在地图中快速找到位置，如图9所示。

在步骤S8中，将融合的模型进行路径漫游生成可视化真三维图。漫游是指用户可以在一个逼真的真三维视觉仿真虚拟环境中从任意角度对此空间中的对象进行观察，从而产生身临其境的真实感觉。在此真三维可视化校园中漫游可用三维平台软件实现。打开三维数据库，选择路径漫游工具，打开路径编辑界面。在三维地图中编辑路径，再进行路径预览，然后选择输出工具中的视频录制，最后保存视频。

真三维可视化校园是数字城市建设的一部分，建设真三维可视化校园能对建设真三维数字城市虚拟系统起到实验作用。本文以深圳职业技术学院东校区为例，针对目前普遍存在三维几何数据获取工作量大，建模费用高的问题，分析研究通过稻歌截获器获得GOOGLE MAP的二维信息以及地形信息，使用MAPGIS K9软件建立基础三维场景，并完成与3DMAX软件制作的模型相融合，最后实现了真三维可视化场景漫游。基于这种方法建立的真三维可视化校园，成本低，效率高和效果好。

本发明的另一目的在于提供一种可视化真三维图的制作系统，该制作系统包括：

底图截取模块，用于利用截图软件截取具有信息化的底图；

矢量化处理模块，用于将截取的底图利用MAPGIS K9软件进行二维矢量底图制作；

模型制作模块，用于利用MAPGIS K9与3DMAX软件进行模型制作；

模型融合模块，用于将3MAPGIS K9与3DMAX制作的各个模型进行融合；

视图生成模块，用于将融合的模型进行路径漫游生成可视化真三维图。

所述底图截取模块包括：

截取单元，用于利用截图软件截取具有经纬度信息的GOOOGLE地图及高程信息的地形图；

校正单元，用于用GPS测量测出几个典型坐标点对地图进行栅格数据校正。

所述模型制作模块包括：

材质制作单元，用于利用MAPGIS K9软件进行真三维图的材质制作；

地物模型制作单元，用于利用MAPGIS K9软件进行真三维图地物模型制作；

其他模型制作单元，用于利用3DMAX软件进行真三维图的其余模型制作。

所述截图软件采用的是稻歌Google Map截获器工具软件。

所述典型坐标点为四个。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可视化真三维图的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A、利用截图软件截取具有信息化的底图；

B、将截取的底图利用MAPGIS K9软件进行二维矢量底图制作；

C、利用MAPGIS K9与3DMAX软件进行模型制作；

D、将3MAPGIS K9与3DMAX制作的各个模型进行融合；

E、将融合的模型进行路径漫游生成可视化真三维图。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤A包括以下步骤：

A1、利用截图软件截取具有经纬度信息的GOOOGLE地图及高程信息的地形图；

A2、用GPS测量测出几个典型坐标点对地图进行栅格数据校正。

3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述步骤C包括以下步骤：

C1、利用MAPGIS K9软件进行真三维图的材质制作；

C2、利用MAPGIS K9软件进行真三维图地物模型制作；

C3、利用3DMAX软件进行真三维图的其余模型制作。

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述截图软件采用的是稻歌Google Map截获器工具软件。

5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述典型坐标点为四个。

6.一种可视化真三维图的制作系统，其特征在于，该制作系统包括：

底图截取模块，用于利用截图软件截取具有信息化的底图；

矢量化处理模块，用于将截取的底图利用MAPGIS K9软件进行二维矢量底图制作；

模型制作模块，用于利用MAPGIS K9与3DMAX软件进行模型制作；

模型融合模块，用于将3MAPGIS K9与3DMAX制作的各个模型进行融合；

视图生成模块，用于将融合的模型进行路径漫游生成可视化真三维图。

7.根据权利要求6所述的制作系统，其特征在于，所述底图截取模块包括：

截取单元，用于利用截图软件截取具有经纬度信息的GOOOGLE地图及高程信息的地形图；

校正单元，用于用GPS测量测出几个典型坐标点对地图进行栅格数据校正。

8.根据权利要求7所述的制作系统，其特征在于，所述模型制作模块包括：

材质制作单元，用于利用MAPGIS K9软件进行真三维图的材质制作；

地物模型制作单元，用于利用MAPGIS K9软件进行真三维图地物模型制作；

其他模型制作单元，用于利用3DMAX软件进行真三维图的其余模型制作。

9.根据权利要求8所述的制作系统，其特征在于，所述截图软件采用的是稻歌Google Map截获器工具软件。

10.根据权利要求9所述的制作系统，其特征在于，所述典型坐标点为四个。